Вопрос 72. Структура гена у эукариот.

Главная количественная особенность генетического материала эукариот – наличие избыточной ДНК. Этот факт легко выявляется при анализе отношения числа генов к количеству ДНК в геноме бактерий и млекопитающих. Если средний размер гена бактерий 1500 пар нуклеотидов (п.н.), а длина кольцевой молекулы ДНК хромосомы Е. coli и В. subtilis составляет свыше 1 мм, то в такой хромо­соме могут разместиться около 3 тысяч генов. Примерно такое число генов было экспериментально определено у бактерий по числу типов иРНК. Если это число умножить на средний размер гена, то получится, что около 95% генома бактерий состоит из кодирующих (генных) последовательностей. Остальные 5%, по-видимому, заняты регуляторными элементами. Иная картина наблюдается у эукариотических организмов. Например, у человека насчитывают приблизительно 50 тысяч генов (имеется в виду только суммарная длина кодирующих участков ДНК – экзонов). В то же время размер генома человека 3×10⁹ (три миллиарда) п.н. Это означает, что кодирующая часть его генома составляет всего 15…20 % от тотальной ДНК. Существует значитель­ное число видов, геном которых в десятки раз больше ге­нома человека, например некоторые рыбы, хвостатые амфибии, лилейные. Избыточная ДНК характерна для всех эукариот. В этой связи необходимо подчеркнуть не­однозначность терминов генотип и геном. Под генотипом следует понимать совокупность генов, имеющих фенотипическое проявление, тогда как понятие генома обозначает количество ДНК, находящееся в гаплоидном наборе хро­мосом данного вида.

Таким образом, молекулярная структура генов у эукариот оказалась значительно сложнее, чем у прокариот. Протяженность эукариотических генов значительно больше , чем прокариотических. При этом, каждый ген состоит из участков ДНК, кодирующих синтез определенных клеточных продуктов (белки, различные РНК и т.п.), и участков ДНК, которые не несут генетической информации, а как бы разделяют отдельные участки, Первые участки получили название экзонов, а вторые-интроновю Число экзонов и интронов индивидуально для каждого гена. По протяженности экзоны короче. Такое строение структурных генов определяет особенность процесса синтеза мРНК, а также различие этого процесса у прокариот и эукариот.

При образовании мРНК транскрибируются все участки экзонов и интронов и образуется молекула про-мРНК. Затем внутриядерная органелла сплайсиосома определяет границы между интронами и экзонами, вырезает участки, транскрибированные с интронов, и соединяет участки, транскрибированные с экзонов. Этот процесс называется сплайсингом. Затем, зрелая мРНК переходит из ядра в цитоплазму.

Очень важным стало открытие явления, получившего название альтернативного сплайсинга. Оно заключается в том, что с одного гена считывается более одного типа мРНК. Механизмы этого явления пока недостаточно ясны.